JP2019525067A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
ターボ分子固定子構成要素は、典型的には、ポンピングされた気体と相互作用するように配置されて内径及び/又は外径ハブ又は肩部上に装着された固定子ブレードのアレイを含む。固定子ブレードアレイは、典型的には、各回転子ブレードアレイ又は段間に位置付けられた別々の構成要素として形成される。スペーサが、固定子ブレードアレイ又は段を回転子段間に正しく位置付けるのに使用される。典型的には、固定子構成要素のスタックは、スタック内に固定子ブレードとスペーサを交互に置くことによって形成される。スタックの一端とポンプハウジングの間にバネ座金が置かれ、スペーサが定位置に保持され、かつバネ座金によってスタックを通して長手方向に印加される力によって一緒に強く押されることを保証する。本発明は、固定子構成要素に弾力性である外側セクションを設け、その結果、ポンプの製造中及び作動中に固定子構成要素を定位置に保持するように隣接スペーサ間に圧縮下でバネ荷重を印加することにより、構成要素の数を低減し、かつポンプ製造工程を単純化する。【選択図】図3A turbomolecular stator component typically includes an array of stator blades that are arranged to interact with the pumped gas and are mounted on an inner and / or outer diameter hub or shoulder. The stator blade array is typically formed as a separate component positioned between each rotor blade array or stage. Spacers are used to correctly position the stator blade array or stage between the rotor stages. Typically, a stack of stator components is formed by alternating stator blades and spacers within the stack. A spring washer is placed between one end of the stack and the pump housing to ensure that the spacer is held in place and pressed together strongly by the force applied longitudinally through the stack by the spring washer. The present invention provides the stator component with a resilient outer section so that it is spring loaded under compression between adjacent spacers to hold the stator component in place during manufacture and operation of the pump. To reduce the number of components and simplify the pump manufacturing process. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、真空ポンプに関する。特に、本発明は、ターボ分子真空ポンプの改善に関する。具体的には、本発明は、ターボ分子真空ポンプでの使用に対して構成されたポンプ固定子に関する。 The present invention relates to a vacuum pump. In particular, the present invention relates to improvements in turbomolecular vacuum pumps. Specifically, the present invention relates to a pump stator configured for use with a turbomolecular vacuum pump.
ターボ分子真空ポンプは当業者に公知である。そのようなポンプは、気体分子が分子流動レジーム挙動を示す約10-6mBar又はそれ未満の高真空圧力までチャンバを排気するように作動するように設計される。そのような希薄な環境では、気体分子は、典型的には互いに相互作用せず、むしろ分子はチャンバの壁と相互作用し、大気圧により近い圧力での気体分子と比べて極めて長い平均自由行程を示す。 Turbomolecular vacuum pumps are known to those skilled in the art. Such pumps are designed to operate to evacuate the chamber to a high vacuum pressure of about 10 -6 mBar or less, where gas molecules exhibit molecular flow regime behavior. In such a dilute environment, gas molecules typically do not interact with each other, rather the molecules interact with the chamber walls and have a very long mean free path compared to gas molecules at pressures closer to atmospheric pressure. Indicates.
典型的に、そのようなポンプは、回転子、固定子、駆動シャフト、軸受、及びモータを含むポンプの構成要素を受け入れるように配置されたハウジングを有する機構を含む。ハウジングは、気体がポンプ機構によって圧縮されるポンプに気体分子が入ることを可能にする入口を有する。圧縮気体は、次に出口に通され、そこでそれはターボ分子ポンプを出て、典型的には大気圧により近いより低い真空圧力で作動するように配置された別の真空ポンプの上に至る。 Typically, such pumps include a mechanism having a housing arranged to receive pump components including a rotor, a stator, a drive shaft, bearings, and a motor. The housing has an inlet that allows gas molecules to enter the pump where the gas is compressed by the pump mechanism. The compressed gas is then passed to an outlet where it leaves the turbomolecular pump and onto another vacuum pump that is arranged to operate at a lower vacuum pressure, typically closer to atmospheric pressure.
ターボ分子回転子及び固定子構成要素は、隣接する回転子ブレードに類似の固定子ブレードアレイが挿入される一連の傾斜ブレードアレイを含む。すなわち、ナイジャル=ハリス(Nigel Harris)著「現代真空実務」("Modern Vacuum Practice")、第3版、2007年、マグローヒル社刊(ISBN−10:0−9551501−1−6)の第9章に説明されているように、各回転子ブレードアレイの後に固定子ブレードアレイが続くブレードスタックが配置される。固定子構成要素は、典型的には、ポンピングされた気体と相互作用するように配置されて内径及び/又は外径ハブ又は肩部上に装着された固定子ブレードのアレイを含む。それらは、中実金属ブロックから機械加工するか又は金属薄板からプレス加工することができる。 The turbomolecular rotor and stator components include a series of tilted blade arrays into which a stator blade array similar to adjacent rotor blades is inserted. That is, “Modern Vacuum Practice” by Nigel Harris, 3rd edition, 2007, Chapter 9 of McGraw Hill, Inc. (ISBN-10: 0-09551501-1-6). As described in, a blade stack is arranged in which each rotor blade array is followed by a stator blade array. The stator component typically includes an array of stator blades arranged to interact with the pumped gas and mounted on an inner and / or outer diameter hub or shoulder. They can be machined from solid metal blocks or pressed from sheet metal.
固定子ブレードアレイは、典型的には、各回転子ブレードアレイ(又は段)間に位置付けられた別々の構成要素として形成される。回転子段間に固定子ブレードアレイ(又は段)を正しく位置付けるためにスペーサが使用される。典型的には、固定子構成要素のスタックは、スタック内に固定子ブレードとスペーサを交互に置くことによって形成される。スペーサが定位置に保持され、かつバネ座金によってスタックを通して長手方向に印加される力によって一緒に強く押されることを保証するために、スタックの一端とポンプハウジングの間にバネ座金が置かれる。バネ座金によって印加される力は、作動中に回転子に対する固定子段の移動を低減するように作用する。この配置の更に別の例は、US5052887に見出すことができる。これに代えて、バネ座金は、EP2607706に説明されているようにスペーサスタック内の中心位置に位置付けることができる。 The stator blade array is typically formed as a separate component positioned between each rotor blade array (or stage). Spacers are used to correctly position the stator blade array (or stage) between the rotor stages. Typically, a stack of stator components is formed by alternating stator blades and spacers within the stack. A spring washer is placed between one end of the stack and the pump housing to ensure that the spacer is held in place and is pushed together strongly by the force applied longitudinally through the stack by the spring washer. The force applied by the spring washer acts to reduce the movement of the stator stage relative to the rotor during operation. Yet another example of this arrangement can be found in US 5052887. Alternatively, the spring washer can be positioned at a central position in the spacer stack as described in EP 2607706.
固定子は、固定子ブレードが内側部分から外側部分まで半径方向に延びるように配置することができる。外側部分は、WO01/111242に説明されているようなスペーサ手段を形成するように配置することができる。更に、ポンプの入口に配置された軸受は、典型的には、EP1281007に示すように、固定子離間手段と協働するように構成することができるいわゆる軸受くも状配置(bearing spider arrangement)によって支持される。 The stator can be arranged such that the stator blades extend radially from the inner part to the outer part. The outer part can be arranged to form spacer means as described in WO 01/111242. Furthermore, the bearings arranged at the inlet of the pump are typically supported by a so-called bearing spider arrangement which can be configured to cooperate with the stator spacing means, as shown in EP1281007. Is done.
ポンプ構成要素の数を低減し、それによって製造工程を単純化して機械的公差を改善する一般的要望が存在する。 There is a general need to reduce the number of pump components, thereby simplifying the manufacturing process and improving mechanical tolerances.
本発明は、広義には、ポンプのハウジングに固定子構成要素を正しく位置付けるためにスペーサ間に積み重ねられた一連の固定子構成要素を有するターボ分子ポンプに向けられている。固定子構成要素のうちの少なくとも1つは、弾力性である外側セクションを有し、その結果、この弾力性外側セクションは、ポンプ製造中及び作動中に固定子構成要素が定位置に保持されるように、隣接スペーサ間に圧縮下の時にバネ荷重を印加する。 The present invention is broadly directed to a turbomolecular pump having a series of stator components stacked between spacers to properly position the stator components in the pump housing. At least one of the stator components has an outer section that is resilient so that the resilient outer section holds the stator component in place during pump manufacture and operation. As such, a spring load is applied between adjacent spacers when under compression.
この配置は、それが従来技術のポンプに使用されるバネ座金がもはや不要であるのでポンプを製造するのに必要な構成要素の数を低減する点でいくつかの利点を有する。更に、固定子構成要素をハウジングに位置付けることができる精度も改善することができる。固定子構成要素は、作動中に確実に保持され、スペーサの範囲内の構成要素のがたつきのリスクを低減する。 This arrangement has several advantages in that it reduces the number of components required to manufacture the pump as it no longer requires the spring washer used in prior art pumps. Furthermore, the accuracy with which the stator components can be positioned in the housing can be improved. The stator component is securely held during operation, reducing the risk of rattling of components within the spacer.
従って、入口側及び出口側を有するターボ分子真空ポンプの回転子構成要素及び固定子構成要素を受け入れるハウジングと、回転子構成要素を長手軸の周りに駆動するために回転子構成要素に結合された駆動シャフトと、駆動シャフトをハウジングに結合してその相対回転移動を可能にするための軸受手段と、ハウジングに対して固定子構成要素を位置付けてかつそれに結合するためのスペーサとを含み、固定子構成要素の各々が、長手軸から半径方向にかつ内側部分から外側部分までその間を延びる一連の固定子ブレードを含み、固定子ブレードの各々が、内側部分によって定められた平面に対して傾斜しているターボ分子真空ポンプであって、固定子構成要素のうちの少なくとも1つの外側部分が、スペーサと協働するように配置された弾力性部分を含むことを特徴とするターボ分子真空ポンプを提供する。その結果、固定子構成要素の弾力性外側部分は、従来のターボ分子ポンプに使用されるバネ座金を実質的に置換する。 Thus, a housing for receiving the rotor and stator components of a turbomolecular vacuum pump having an inlet side and an outlet side and coupled to the rotor component for driving the rotor component about a longitudinal axis A stator comprising: a drive shaft; bearing means for coupling the drive shaft to the housing to permit relative rotational movement thereof; and a spacer for positioning and coupling the stator component to the housing Each of the components includes a series of stator blades extending radially from the longitudinal axis and from the inner portion to the outer portion, each of the stator blades being inclined with respect to a plane defined by the inner portion. A turbomolecular vacuum pump, wherein an outer portion of at least one of the stator components is arranged to cooperate with a spacer Providing turbomolecular vacuum pump, which comprises a force moiety. As a result, the resilient outer portion of the stator component substantially replaces the spring washer used in conventional turbomolecular pumps.
弾力性部分は、固定子ブレードの端部に配置された弾性セクションを含むことができる。更に、弾性セクションは、固定子ブレードの端部と一体的に形成されてそれを延長する固定子ブレードの外側先端を含むことができる。更に、固定子ブレードの外側先端は、固定子構成要素の外径がスペーサの内径よりも大きいように隣接スペーサ間の空間の中に延びるように配置された固定子ブレードの延長部とすることができる。すなわち、本発明は、ブレード先端を圧縮するスペーサリングによって変形されるバネ部材として傾斜固定子ブレードを使用することができる。固定子スタックは、隣接固定子構成要素間に各々が挿入された複数のスペーサを含むことができ、ポンプハウジングに位置付けられた時に、固定手段が、固定子スタックを定位置に固定し、かつそれぞれの弾力性部分を圧縮する。すなわち、スペーサは、ポンプハウジングのネジ切り部分と協働するネジ切り要素を含むことができる固定手段によって一緒に強く押される。 The resilient portion can include an elastic section disposed at the end of the stator blade. Further, the resilient section can include an outer tip of the stator blade that is integrally formed with and extends the end of the stator blade. Further, the outer tip of the stator blade may be an extension of the stator blade arranged to extend into the space between adjacent spacers such that the outer diameter of the stator component is greater than the inner diameter of the spacer. it can. That is, the present invention can use the inclined stator blade as a spring member that is deformed by the spacer ring that compresses the blade tip. The stator stack may include a plurality of spacers each inserted between adjacent stator components, and when positioned in the pump housing, the securing means secures the stator stack in place and each Compress the elastic part of. That is, the spacers are urged together by a securing means that can include a threading element that cooperates with the threaded portion of the pump housing.
固定子構成要素の外側部分の各々は、スペーサとハウジング間の全ての弾力性を与えることができる。すなわち、バネ座金に対する必要性がなくなる。従って、固定手段によって固定子スタックに圧縮力が印加されると、圧縮力は、固定子ブレードの外側先端を各ブレードの半径方向軸線と相対的に弛緩位置から平たく押し付けられた位置まで移動させる。平たく押し付けられた位置にある時に固定子ブレードの外側先端によってスペーサに印加される力は、圧縮力に対して等しい大きさを有する。外側先端によって印加される力は、圧縮力に対して反対方向にある。 Each of the outer portions of the stator component can provide full resiliency between the spacer and the housing. That is, there is no need for a spring washer. Therefore, when a compressive force is applied to the stator stack by the fixing means, the compressive force moves the outer tip of the stator blade to a position where it is pressed flat from the relaxed position relative to the radial axis of each blade. The force applied to the spacer by the outer tip of the stator blade when in the flat pressed position has an equal magnitude with respect to the compressive force. The force applied by the outer tip is in the opposite direction to the compression force.
内側部分ら外側部分まで半径方向に延びて各々が内側部分によって定められる平面に対して傾斜している一連の固定子ブレードを含むターボ分子真空ポンプのための固定子ブレードアレイであって、固定子ブレードアレイの外側部分が、ターボ分子ポンプの離間リング又はハウジングと協働するように配置された弾力性部分を含むことを特徴とする。 A stator blade array for a turbomolecular vacuum pump comprising a series of stator blades extending radially from an inner portion to an outer portion, each inclined with respect to a plane defined by the inner portion, the stator The outer portion of the blade array is characterized by a resilient portion arranged to cooperate with a separating ring or housing of the turbomolecular pump.
ここで添付の図面を参照して本発明の実施形態を以下に更に説明する。 Embodiments of the present invention will now be further described with reference to the accompanying drawings.
図1を参照して、ポンプ回転子14と、モータ16と、固定子18とを受け入れるためのハウジング12を含むターボ分子ポンプ10を提供する。回転子は、軸線22の周りの回転のために駆動シャフト20を通じてモータに結合される。固定子18は、気体分子が入口24から出口26までポンプを通過する時に固定子ブレードと回転子ブレードが交互に配置されるようにハウジングに装着される。
With reference to FIG. 1, a
回転子及び固定子の両方は、一連の段を含み、回転子は、軸線に沿って長手方向に延びる一連のブレードアレイを含む。隣接する回転子段の間の十分な空間が、固定子ブレードアレイを受け入れるために配置される。回転子ブレードアレイは、中心ハブから半径方向に延びる一連のブレードを含み、ブレードは、モータによって駆動された時に回転子がその周りに回転する長手軸に対して傾斜している。固定子は、回転子ブレードに対して反対方向に傾斜した類似のブレードを含み、固定子構成要素は、ハウジングに結合され、かつそれによって定位置に保持される。 Both the rotor and the stator include a series of stages, and the rotor includes a series of blade arrays extending longitudinally along an axis. Sufficient space between adjacent rotor stages is arranged to receive the stator blade array. The rotor blade array includes a series of blades extending radially from a central hub, the blades being inclined with respect to a longitudinal axis about which the rotor rotates when driven by a motor. The stator includes similar blades that are inclined in the opposite direction relative to the rotor blades, and the stator components are coupled to the housing and thereby held in place.
ハウジングは、固定子構成要素を定位置に固定するためにスペーサ28及び固定手段30を通じて固定子の外径リムをハウジングに結合することよって固定子構成要素を受け入れる。典型的に、固定子構成要素は、回転子ブレードを受け入れるのに十分な間隙を固定子ブレードアレイ間に与える交替するスペーサを用いて積み重ねられる。通常のポンプ作動中に駆動シャフト及び従って回転子をハウジング12内で回転させるために、軸受31及び31’が駆動シャフト20の両端に位置決めされる。ポンプの入口側の軸受31は、図1に示すように磁気軸受を含むことができる。出口側の軸受31’は、典型的には、オイル潤滑式ころ軸受及びオイルリザーバから構成される。これに代えて、グリース塗布軸受システムを使用することができる。
The housing receives the stator component by coupling the outer diameter rim of the stator to the housing through
ポンプの通常作動中に固定子スタックの構成要素を望ましい位置内に強く押してこの位置を維持するためにバネが必要である。図2及び図3を参照すると、本発明は、バネ力を与えるために固定子ブレード32を利用する。ある程度の可撓性を固定子の外側半径先端34に与えることにより、得られる先端の弾力性は、それらが圧縮下にある時に、軸線方向に印加された圧縮力の下で先端に印加される捩りモーメントに起因してバネ力を印加する。
A spring is required to keep the stator stack components pressed firmly into the desired position during normal operation of the pump. With reference to FIGS. 2 and 3, the present invention utilizes a
スペーサリング28は、互いに連動してスペーサ間に形成された軸線方向の間隙36に固定子18を保持するように設計される。固定子ブレード(ブレード先端を含む)の外径は、スペーサの内径よりも大きく、それによって固定子ブレード先端が隣接スペーサ間を延びるように固定子ブレードとスペーサ間に重複を形成する。スペーサ間の間隙を固定子ブレード32の軸線方向高さよりも若干小さくすることにより、ブレード先端34は、固定手段が締め付けられてスペーサ間の間隙36が減る時にスペーサ間で圧縮されて捻られる。固定子ブレード32の外側先端34に印加される圧縮力は、ブレード先端34を自然な位置から平たく押し付けられた位置に向けて捻らせる。その結果、ブレードの先端は、スペーサにバネ力を印加する捩りバネとして作用している。
The
スペーサ28には、固定子ブレード先端の過剰圧縮を防ぐためにストップ38を設けることができる。例えば、隣接する座金間に外部事前定義間隙40を設けることができる。外部間隙は、スペーサ間に固定子が配置された時に200ミクロン程度のオーダーであるように配置することができる。すなわち、圧縮下で外部間隙が閉じられる時に、固定子ブレードは、200ミクロンの距離だけ圧縮された状態になっている。このようにして、固定子ブレード先端に対して印加可能な最大圧縮力を決定することができる。固定子ブレード先端に印加される圧縮力は、固定子ブレード先端の永久変形を避けるためにブレード先端のバネ定数を超えないことが推奨される。
The
図1に示す実施形態では、ターボ分子段の下流かつ出口26の上流のHolweckポンプ機構42の前にポンプ内に合計6つの固定子段がある。固定子段のうちの3つは、従来のプレス加工された固定子構成要素を含み、固定子の外径は、固定子ブレードがそこからプレス加工された金属の比較的薄い薄板を含む。これらの固定子段は、ターボ分子ポンプ機構の出口側に位置付けられる。入口側に位置付けられた3つの固定子段の各々は、関連のスペーサリング間の間隙に位置付けられた固定子ブレード先端を有する。すなわち、この配置では、固定子ブレードの半分は、固定子スタックに対してそれがハウジングに固定された時にバネ力を与えるように配置される。
In the embodiment shown in FIG. 1, there are a total of six stator stages in the pump before the
これに加えて、ブレード先端での固定子ブレードの寸法を低減することが可能である。これは、固定子ブレードが固定手段30によって圧縮力が印加された時に捩れる屈曲点を提供することができる。固定子ブレード先端の低減された寸法は、固定子リングの内径に係合する又はハウジング上に形成された協働する肩部に係合する、固定子先端の寸法が低減した点に形成される肩部の結果として隣接スペーサ間に固定子構成要素が確実に保持されるようなサイズにすることができる。この配置は、ポンプの入口での固定子ブレード先端が、ブレード先端が関連のスペーサ及びハウジングに係合する点で軸線方向に低減した寸法を有するように示されている図1に示されている。 In addition, it is possible to reduce the size of the stator blade at the blade tip. This can provide a bending point where the stator blade twists when a compressive force is applied by the securing means 30. The reduced dimensions of the stator blade tips are formed at reduced points on the stator tips that engage the inner diameter of the stator ring or engage cooperating shoulders formed on the housing. As a result of the shoulder, it can be sized such that the stator components are securely held between adjacent spacers. This arrangement is illustrated in FIG. 1 where the stator blade tip at the pump inlet is shown having an axially reduced dimension in that the blade tip engages the associated spacer and housing. .
固定手段は、螺入システム又は適切なC−クリックによって設けることができる。他のタイプの固定は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって想定される。 The securing means can be provided by a screwing system or a suitable C-click. Other types of fixation are envisioned by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
本発明は、固定子ブレード先端をこの先端がスペーサリング間で圧縮された時にバネ力を与えるのに利用する。すなわち、固定子スタックを圧縮して定位置に維持するバネ座金を使用する必要性がもはやなくなり、それによってポンプ内の構成要素の数を低減し、かつ組立工程を単純化する。固定子スタックを定位置に維持するのに必要な全てのバネ力は、固定子ブレード先端によって与えられる。 The present invention utilizes the stator blade tip to provide a spring force when the tip is compressed between the spacer rings. That is, there is no longer a need to use spring washers to compress and maintain the stator stack in place, thereby reducing the number of components in the pump and simplifying the assembly process. All the spring force required to maintain the stator stack in place is provided by the stator blade tips.
参照符号
10 ターボ分子ポンプ
12 ハウジング
14 回転子
16 モータ
18 固定子
20 駆動シャフト
22 軸線
24 入口
26 出口
28 スペーサ
30 固定手段
31 入口側軸受
31 出口側軸受
32 固定子ブレード
34 固定子ブレード先端
36 軸線方向間隙
38 ストップ
40 外部間隙
42 Holweckポンプ機構
Claims (10)
前記回転子構成要素を長手軸の周りに駆動するために該回転子構成要素に結合された駆動シャフトと、
前記駆動シャフトを前記ハウジングに結合してその相対回転移動を可能にするための軸受手段と、
前記ハウジングに対して前記固定子構成要素を位置付けてそれに結合するためのスペーサと、
を含み、
前記固定子構成要素の各々が、前記長手軸から半径方向にかつ内側部分と外側部分の間に延びて該内側部分によって定められた平面に対して各々が傾斜している一連の固定子ブレードを含む、
ターボ分子真空ポンプであって、
前記固定子構成要素のうちの少なくとも1つの前記外側部分は、前記スペーサと協働するように配置された弾力性部分を含む、
ことを特徴とするターボ分子真空ポンプ。 A housing for receiving the rotor and stator components of a turbomolecular vacuum pump having an inlet side and an outlet side;
A drive shaft coupled to the rotor component for driving the rotor component about a longitudinal axis;
Bearing means for coupling the drive shaft to the housing to allow relative rotational movement thereof;
A spacer for positioning and coupling the stator component to the housing;
Including
Each of the stator components comprises a series of stator blades extending radially from the longitudinal axis and between the inner and outer portions, each inclined with respect to a plane defined by the inner portion. Including,
A turbo molecular vacuum pump,
The outer portion of at least one of the stator components includes a resilient portion arranged to cooperate with the spacer;
A turbo molecular vacuum pump characterized by that.
該固定子ブレードアレイの前記外側部分は、ターボ分子ポンプの離間リング又はハウジングと協働するように配置された弾力性部分を含む、
ことを特徴とする固定子ブレードアレイ。 A stator blade array for a turbomolecular vacuum pump comprising a series of stator blades extending radially from an inner portion to an outer portion and each inclined relative to a plane defined by the inner portion,
The outer portion of the stator blade array includes a resilient portion arranged to cooperate with a turbomolecular pump spacing ring or housing;
A stator blade array characterized by that.
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